管道内非均匀预混瓦斯爆炸火焰传播特性实验分析

"该研究是关于管道内瓦斯非均匀预混火焰传播特性的实验探讨，重点关注非均匀预混瓦斯爆炸火焰的行为。研究通过一个自主研发的小型爆炸实验装置进行，观察不同甲烷自由扩散时间下，甲烷在管道内的体积分数分布以及其对火焰传播的影响。实验利用浓度传感器、高速摄像机和压力传感器收集数据，分析了火焰传播速度、爆炸超压等相关参数。结果揭示了甲烷泄漏后会形成横向和纵向的体积分数梯度场，这种梯度场显著影响火焰结构和爆炸超压。非均匀预混火焰在管道中传播经历了球形、指形、三重火焰和拉伸三重火焰四个阶段。尤其是当甲烷形成纵向体积分数梯度时，三重火焰现象更为明显，导致火焰速度和爆炸超压的快速下降。此外，爆炸超压呈现出两个峰值，后一峰值约为前一峰值的2/3，峰值间隔时间随体积分数梯度减小而减小。总体而言，甲烷体积分数越接近当量比，火焰传播速度越快，爆炸超压也越高。" 本文是针对矿井瓦斯安全管理的重要研究，特别是针对非均匀预混瓦斯爆炸这一特殊场景。通常，矿井中的瓦斯泄漏会导致分层的甲烷-空气混合物，而现有的研究多集中于均匀预混瓦斯的爆炸特性。本研究通过实验揭示了甲烷在管道内的动态行为，包括其受浮力影响的横向扩散和由体积分数差异引起的纵向扩散。这些过程形成了复杂的体积分数梯度场，对火焰传播具有决定性影响。 实验数据显示，随着甲烷自由扩散时间的减少，体积分数梯度增大，这将改变火焰的传播结构，如三重火焰的出现。三重火焰是一种特殊的火焰形态，表明火焰传播速度和爆炸超压的显著降低。此外，爆炸超压的变化模式也与体积分数梯度密切相关，表明在不同梯度条件下，甲烷浓度接近理想燃烧比例时，爆炸危险性更高。 这一研究对于理解矿井瓦斯爆炸的风险、优化安全措施以及设计更有效的防爆系统具有重要意义。通过深入理解非均匀预混火焰的传播特性，可以更好地预测和控制潜在的爆炸事件，从而提高矿井作业的安全性。未来的研究可能进一步探索如何利用这些发现来改进现有的安全标准和应急响应策略。